Природные ресурсы

Содержание

 

1. Введение.............................................................................................................................2
2. Оценка скорости ветра различных регионов Беларуси.................................................3
3. Оценка перспективности ветроэнергетики....................................................................6
4. Заключение.......................................................................................................................10
5. Литература........................................................................................................................11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

    Энергия ветра — это преобразованная энергия солнечного излучения, и пока светит Солнце, будут дуть и ветры. Таким образом, ветер — это тоже возобновляемый источник энергии. Люди используют энергию ветра с незапамятных времен — достаточно вспомнить парусный флот, который был уже у древних финикян и живших одновременно с ними других народов, и ветряные мельницы. В принципе, преобразовать энергию ветра в электрический ток, казалось бы, нетрудно — для этого достаточно заменить мельничный жернов электрогенератором. Ветры дуют везде, они могут дуть и летом, и зимой, и днем, и ночью — в этом их существенное преимущество перед самим солнечным излучением. Поэтому вполне понятны многочисленные попытки "запрячь ветер в упряжку" и заставить его вырабатывать электрический ток.

    Ветроэнергетическая техника в сравне­нии с другими источниками энергии обладает очевидными преимуществами. Среди них:

1. отсутствие затрат на добычу и транспортировку топлива;
2. низкие удельные трудозатраты на сооружение ветроэнергетических установок (ВЭУ) — эти затраты на порядок меньше, чем для тепловых и атомных станции;
3. широкий технологический диапазон прямого использования энергии ВЭУ (в частности, автономность и работа в централизованных сетях, совместимость с другими источниками энергии);
4. короткие сроки ввода мощностей в эксплуатацию;
5. отсутствие вредного воздействия на окружающую среду (в этом отношении ветротехника уступает лишь гелиосистемам).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оценка скорости ветра различных регионов Беларуси

 

    Ввиду довольно сильной пересеченности и холмистости территории Беларуси диапазон расчетных скоростей ветра Unom ветроагрегатов строго регламентирован градациями 8, 9, 12 м/с на уровне ветроротора в соответствующих климатических зонах.

Чтобы определить наиболее подходящие для ветротехники типы местности, удобно руководствоваться величиной  коэффициента использования установленной  мощности К (табл. 1). Этот коэффициент соответствует долевой обеспеченности расчетной скорости ветра Unom от полного, 100%-го, распределения скорости ветра U на конкретной территории и для определенного типа ВЭУ. В каждом конкретном случае объем ветро-энергоресурсов определяет возможную выработку ВЭУ заданной мощности, размещенных на определенной территории (страна, область, район и т. п.), за суммарное время в заданном диапазоне (год, месяц):

W=KyNnomT/100

где Nnom- установленная мощность ВЭУ; Т -продолжительность работы ВЭУ.

 

Таблица 1. Значения коэффициента установленной мощности К на равнине в ветровых зонах Беларуси для различных типов ВЭУ, %

 

Для заданной точки внедрения  ветротехники вместо Кy используется суммарный  коэффициент полезного действия конкретной ВЭУ. Nnom  и T определяются прямым расчетом по специальной методике, исходящим из распределения скоростей  ветра по градациям [3, 12, 13]. Оценка же объема ветроэнергоресурсов на территории определяется для условных ВЭУ, обозначаемых для удобства В6, В8, В10 и т.д. Числа  здесь соответствуют номинальной  рабочей скорости ветра (соответственно 6; 8; 10 м/с), при которой осуществляется регулирование числа оборотов ротора под номинальную мощность генератора. Стартовые скорости ветра (соответственно 3; 4; 4,5 м/с), при которых начинается вращение ротора ВЭУ, обеспечивают выработку энергии генератором в предноминальном режиме. В последнем случае большинство ВЭУ, работающих на централизованные электросети, снабжается преобразователями, которые приводят энергетические характеристики генератора в соответствие с требованиями электросетей. Эти ВЭУ вырабатывают электроэнергию во всем диапазоне рабочих скоростей ветра, обеспечивая автономный объект энергией. Использование ВЭУ считается эффективным в случае Ку > 25% при работе генератора в номинальном режиме. Использование вырабатываемой генератором ВЭУ электроэнергии, начиная со стартовых скоростей ветра, повышает нижнее значение К до 33%.

Для условных ВЭУ В6 и В8, отнесенных к маломощным технологическим  ветроагрегатам, величина Кy > 25% наблюдается  практически круглый год на открытых равнинах по всей территории Беларуси и в холодное время года (около 70% времени года) на площадях с абсолютной высотой местности Н > 200 м. Величины Кy > 25%, характерные для эксплуатации условной ВЭУ В10 на равнинах IV зоны, обеспечены и на холмах II и III зон  с высотой 20 и 30 м, а для условной ВЭУ В12 и местами для В15 на холмах выше 30 м выборочно в III и IV зонах. (В I зоне среднегодовая фоновая скорость ветра -до 3,5 м/с, во II - 3,5-4,0 м/с, в III - 4,0-4,5 м/с, в IV -более 4,5 м/с.).

Для оценки распределения  параметров ветра по высотам были определены зависимости средних  скоростей ветра от высоты над  поверхностью земли (профили скоростей  ветра), а также рассчитаны коэффициенты для пересчета средних скоростей  ветра для различных высот  от поверхности земли. На основании  полученных данных построены карты-схемы  средних скоростей ветра на различных  высотах и ВЭП для территории Республики Беларусь.

 

 

Рисунок 1. Распределение расчетной средней годовой скорости ветра на высоте 100 м  от поверхности земли.

 

 

 

 

 

 

Оценка перспективности ветроэнергетики

 

    Одна из причин скептического отношения к ветроэнергетике кроется в том, что она не бесплатна, а требует определенных единовременных затрат. Здесь надо обратить внимание на следующее. С ростом мощности ветроагрегата удельный показатель стоимости серийных ВЭУ снижается вплоть до мощности, равной 80 кВт (табл. 5). Дальнейшее заметное снижение затрат на 1 кВт установленной мощности характерно для очень мощных ВЭУ. Примерная стоимость серийной ВЭУ мощностью 6 кВт составляет 7,2 тыс. USD, 60 кВт-60тыс. USD, 500 кВт-450 тыс. USD. ВЭУ мощностью 1500 кВт стоит 1200 тыс. USD.

    Срок окупаемости ветротехники мощностью от 250 до 1500 кВт при поставке энергии в централизованные электросети составляет не более 5 лет, если ВЭУ правильно подобраны и размещены с учетом условий эксплуатации и климатических характеристик (параметры рельефа, степень открытости ВЭУ на рельефе, высота ее опоры и т.п.). Что касается маломощных ВЭУ, то их целесообразно применять в основном локально для конкретных технологических целей.

    Немалая доля рекомендуемых для размещения ветротехники площадок на территории Беларуси-это возвышенности, холмы, места вблизи больших водных массивов, где часто отсутствуют потребители энергии. Строительство коммуникаций для этих площадок потребует дополнительных затрат, что вряд ли может быть экономически оправданным. В то же время жилые массивы, промышленные и перерабатывающие сельхозпродукцию предприятия располагаются в комфортных "маловетреных" климатических зонах Беларуси. Естественно, ВЭУ, соответствующие по технико-экономическим показателям таким условиям эксплуатации, будут дороже.

    Маркетинговые исследования, проведенные специалистами Международной академии экологии, показали, что сроки окупаемости ветротехники сопоставимы со сроками окупаемости малых гидроэлектростанций, парогазовых и газо- мазутных электростанций, но значительно ниже сроков окупаемости угольных, атомных и дизельных электростанций (табл.6). При этом затраты на эксплуатацию ВЭУ гораздо ниже затрат на эксплуатацию электростанций, работающих на жидком, газообразном, твердом и ядерном топливе.

    В части было рассказано о преимуществах ветроэнергетической техники, возможности и необходимости ее применения в Беларуси, о ветроэнергетическом потенциале нашей страны, о подходах и требованиях к правильному выбору ветроэнергетических установок и мест их размещения, а также освещен ряд негативных моментов, мешающих внедрению ветротехники.

    Масштабное развитие белорусской ветроэнергетики потребует, разумеется, соответствующих маркетинговых исследований, организации сферы обслуживания, строительных работ, монтажа, наладки и ремонта ветротехники. Это приведет к созданию новых рабочих мест, более-менее равномерно распределенных по территории страны.

    Понятно, что этапы внедрения ветротехники, начиная с проектирования и завершая сдачей в эксплуатацию, должны регламентироваться стандартами, строительными нормами и другими нормативно-техническими документами и рекомендациями. К сожалению, после завершения в 1998 г. разработки ветроэнергетического атласа и ветроэнергетического банка данных каких-либо иных нормативных документов этой тематики не появилось.

 

 

Семь раз отмерь (Ошибочные решения при внедрении  ветротехники)

 

    Нельзя забывать, что отсутствие опыта в ветроэнергетической индустрии, как и любой другой, чревато негативными последствиями. Так, к неоправданному увеличению сроков окупаемости ветротехники ведут ошибки в определении ее эксплуатационных параметров. К таким ошибкам нужно отнести, прежде всего, использование высокоскоростных ВЭУ в местах с малой среднегодовой скоростью ветра или, наоборот, применение низкоскоростных ВЭУ в местах с высокой среднегодовой скоростью ветра.

    Пример ошибочного решения - введение в эксплуатацию ВЭУ "Nordex-29" мощностью 250 кВт, предоставленной безвозмездно немецкой стороной, для энергоснабжения пос. Дружный, построенного для переселенцев из Чернобыльской зоны на берегу озера Нарочь. К сожалению, лица, ответственные за установку ВЭУ в Дружном, должным образом не оценили ее экс-плуатационные возможности. А ведь ветроагрегат такого класса был внедрен в Беларуси впервые и, очевидно, по нему теперь будут судить о возможностях создания в нашей стране ветроэнергетики. Анализ, проведенный по расчетным характеристикам ВЭУ, климатическим характеристикам места внедрения и результатам начального срока эксплуатации, показал, что ВЭУ "Nordex-29", скорее всего, не окупится за весь расчетный 20-летний срок эксплуатации. Точка размещения этой ВЭУ в ветро-энергетическом атласе не обозначена.

    В мае 2002 г., о чем было сообщено в печати, рядом с ВЭУ "Nordex-29" начала работу вторая установка - ВЭУ мощностью 600 кВт немецкой фирмы "Jacobs" с близкими ветроэнергетическими характеристиками. Разработчики этого проекта так и не учли аргументированную критику, высказанную в декабре 2001 г. на семинаре в Минске.

    Специалистам хорошо известно, что нарушения регламента создания новой техники часто влекут значительный рост затрат. Для процессавнедрения ветротехники такие нарушения могут обернуться неудачей уже на уровне эксперимента. Еще более разорительный результат получается, если неудачный экспериментальный образец вводится в долговременную эксплуатацию, что, к сожалению, практикуется при выполнении отечественных программ энергосбережения.

 

    В 1999 г. Институт проблем энергетики НАНБ предъявил самым высоким белорусским руководителям экспериментальный образец широко разрекламированного ветроагрегата с использованием эффекта Магнуса. Последовало высочайшее указание на создание таких ВЭУ и даже на строительство ВЭС мощностью 5 МВт. В очередной раз были проигнорированы требования государственных стандартов по экспертизе проектов и обеспечению финансирования.

  Недостатки же указанной ВЭУ очевидны:

-   чрезвычайно низкий  коэффициент использования энергии  ветра (0,15-0,20);

-   принудительный привод  цилиндрических лопастей ветроротора;

-   повышенная шумность;

-  перегруженность трансмиссии  и, как следствие, гарантированно  низкая надежность узлов, агрегатов  и систем управления.

    Кроме того, из-за низкой скорости вращения ветроротора (около 3 оборотов в минуту) передаточное число редуктора-мультипликатора составляет более 300. В мировой практике редукторы-мультипликаторы ВЭУ с таким передаточным числом не эксплуатируются (табл. 7), так как их коэффициенты полезного действия составляют всего 0,6. Поэтому суммарный коэффициент полезного действия ВЭУ с роторами Магнуса снижается до 0,09-0,12.

    Экспериментальный образец такой ВЭУ с проектной мощностью 100 кВт при испытаниях на территории планируемой ВЭС мощностью 5 МВт в районе пос. Волма (д. Янковцы) Минской обл. достиг мощности всего лишь в 16 кВт и в течение месяца буквально развалился на части. И всё равно: без детального анализа причин разрушения экспериментального образца, без изучения альтернативных технических предложений по использованию в составе ВЭС других вет-роагрегатов продолжается работа с ВЭУ-250, использующей эффект Магнуса. Причем с целью достижения предписанной техническим заданием мощности в 250 кВт предусмотрено использование ветроротора повышенного диаметра, соответствующего по площади ометаемой поверхности ротору ВЭУ мощностью 1000 кВт. В серийном производстве удельная стоимость такой ВЭУ превысит стоимость традиционных вет-роагрегатов аналогичной мощности в 2,5-3 раза.